기존 리튬이온전지보다 충전용량은 45% 향상시키면서, 충전 속도를 5배 이상 빠르게 할 수 있는 배터리 소재가 개발돼 업계의 관심이 집중되고 있다.

삼성전자 종합기술원은 이같은 기능을 구현할 수 있는 배터리 소재 ‘그래핀 볼’을 개발했다고 지난 달 27일 밝혔다.

참고로 기존의 리튬이온 전지는 1991년에 최초 상용화된 이후 모바일 기기와 전기차 등으로 시장이 꾸준히 확대됐지만, 성능 개선은 한계에 부딪혔다는 지적이 제기되고 있다. 용량 증가 문제와 완충까지 1시간 가량 소요되는 충전시간이 대표적인 예다. 이에 새로운 소재를 적용하기 위한 다양한 시도가 이뤄졌는데, 이번에 개발된 그래핀이 그 차세대 소재 중 하나다.

기술원에 따르면 ‘그래핀 볼’ 소재를 사용한 배터리는 12분이면 완전한 충전이 가능하다. 또한 전기차용 배터리가 요구하는 온도 기준인 60도까지 안정성을 유지할 수 있다.

기술원의 한 관계자는 “강도와 전도도가 높은 그래핀을 배터리에 적용하는 방법을 찾다가, 저렴한 실리카(SiO2)를 이용해 그래핀을 마치 팝콘 같은 3차원 입체 형태로 대량 합성하는 매커니즘을 규명했다”며 “‘그래핀 볼’을 리튬이온전지의 양극 보호막과 음극 소재로 활용했더니, 충전용량이 늘어난 가운데, 충전시간은 단축되고 고온 안전성까지 확보할 수 있는 결과를 얻었다”고 설명했다.

한편 삼성전자 종합기술원은 이 ‘그래핀 볼’ 관련 기술에 대해 미국과 한국에 2개의 특허를 출원했다. 이번 연구에는 삼성 SDI와 서울대학교 화공생물공학부 최장욱 교수팀이 공동으로 참여했다. 

손인혁 삼성전자 종합기술원 전문연구원은 “이번 연구는 다기능 고결정 그래핀 복합소재를 값싸게 대량으로 합성할 수 있게 하는 동시에 리튬이온 전지의 여러 특성을 크게 향상시켰다”고 밝혔다.